CC BY
55
Сведения об авторе
Корнейков Роман Иванович
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, korneikov@chemy.kolasc.net.ru
Korneikov Roman Ivanovich
PhD (Eng.), Senior Researcher, Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, korneikov@chemy.kolasc.net.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.164-168 УДК 628.3
Е. Н. Кузин
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, г. Москва, Россия
КОМПЛЕКСНЫЕ КОАГУЛЯНТЫ В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
Аннотация. Данная статья посвящена вопросам очистки сточных вод различного происхождения от взвешенных частиц. Для интенсификации процессов осаждения взвешенных частиц был применен комплексный реагент. В его состав входили соединения алюминия или железа, а также продукты гидролиза соединений титана. Установлено, что комплексные реагенты обладают повышенной коагуляционной эффективностью по сравнению с традиционными реагентами, а также позволяют значительно интенсифицировать процессы фильтрации образующихся осадков.
Ключевые слова: комплексные коагулянты, водоочистка, взвешенные вещества.
E. N. Kuzin
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
COMPLEX COAGULANTS IN THE PROCESS OF SEWAGE PURIFICATION FROM WEIGHTED SUBSTANCES
Abstract. This article is devoted to the issues of wastewater treatment of various origins from suspended particles. A complex reagent were used to intensify the suspended particles deposition process. The composition of the complex coagulant included aluminum or iron compounds, as well as the products of hydrolysis of titanium compounds. It has been established that complex reagents have increased coagulation efficiency as compared with traditional reagents, and also allow to significantly intensify the filtration processes of the precipitates formed. Keywords: complex coagulant, water treatment, suspended solids.
Очистка сточных вод — сложная и актуальная задача. Наиболее распространенным видом загрязняющих веществ, встречающимся практически во всех без исключения водах, являются взвешенные вещества. В процессах очистки сточных вод от взвешенных веществ применяют разнообразные физико-химические и механические методы очистки. Взвешенные частицы большого размера выделяются в простейших песколовках горизонтального или радиального устройства. Большая часть взвешенных веществ эффективно удаляется в разнообразных отстойниках. Для интенсификации процессов
отстаивания систем, обладающих агрегативной или седиментативной устойчивостью, применяют коагуляцию или ее частный случай — флокуляцию [1].
Обычно, в качестве коагулянтов применяют соединения железа или алюминия, а в качестве флокулянтов — полимерные органические соединения (полиакриламид). Данные реагенты хорошо зарекомендовали себя, однако они не лишены ряда серьезных недостатков. Так, например, соединения алюминия неэффективны в холодной воде или при рН обрабатываемой воды ниже 6, а при рН более 8,0 начинается образование растворимых комплексов алюминия и существенно снижается эффективность очистки, возрастает содержание растворенного алюминия [2]. Соединения железа, в свою очередь, могут образовывать комплексы с рядом органических веществ. Помимо этого, в процессе применения железосодержащих реагентов возникают технологические трудности, связанные с сильной коррозионной активностью растворов коагулянтов и значительными количествами образующегося труднофильтруемого осадка [3].
Все чаще встречаются данные о перспективности использования комплексных реагентов, превосходящих по эффективности и лишенных недостатков традиционных реагентов. Примером таких реагентов может служить алюмокремниевый коагулянт-флокулянт, обладающий двойными свойствами: соединения алюминия — коагулянт, а активная кремниевая кислота — флокулянт [4]. В последнее время появляется информация о перспективности использования титансодержащих коагулянтов в процессах очистки сточных вод различного происхождения [5]. Данные реагенты показали свою высокую эффективность при очистке сточных вод сложного состава, например фильтрата полигонов твердых коммунальных отходов [6].
Основной задачей данной работы является оценка возможности использования комплексных титансодержащих коагулянтов (далее КК) в процессах очистки сточных вод ливневой канализации города Москвы, а также сточных вод снегоплавильного пункта Московской области.
В качестве контрольных образцов коагулянтов были взяты традиционные сульфат алюминия и сульфат железа (III). В качестве образцов КК были взяты аналогичные реагенты, модифицированные путем введения продуктов гидролиза соединений титана, содержание которых в образцах КК составляло 15 мас. % [7]. Соединения титана были получены в процессе сернокислотной обработки сфенового концентрата с отделением солей кальция (гипса), нейтрализацией избыточной кислоты NaOH и частичным гидролизом титансодержащих растворов. Определение содержания титана в растворе проводили на атомно-эмиссионом спектрометре с СВЧ-связанной плазмой «Спектро-Скай».
Эффективность очистки оценивали по изменению содержания взвешенных веществ. Содержание взвешенных веществ определяли на портативном турбидиметре-мутномере HANNA Hl 98307 с пересчетом полученных значений мутности (NTU) в содержание взвешенных веществ по каолину (коэффициент пересчета 0,58) [8]. Процесс пробной коагуляции проводили на лабораторном флокуляторе фирмы VELP. Время быстрого перемешивания составляло 2 мин, медленного — 8 мин, а время отстаивания — 30 мин. Исходное содержание взвешенных веществ составляло 89 мг/л, рН обрабатываемой воды — 6,97. Данные по эффективности очистки ливневого стока представлены на диаграмме (рис. 1).
ci 70 «
£ 60
10 0
Сульфат алюминия
Сульфат железа
Сульфат алюминия + ПГСТ
Сульфат железа + ПГСТ
5 10 15 20 25
Доза коагулянта, мг/л (по сумме MexOy)
30
0
Рис. 1. Остаточные концентрации загрязняющих веществ после коагуляционной очистки
Fig. 1. Residual concentrations of pollutants after coagulation purification
Из рисунка 1 видно, что КК могут быть эффективно использованы в процессах очистки сточных вод ливневого происхождения. Степень очистки с использованием КК была примерно на 10-15 % выше, чем при использовании чистых реагентов, что может полностью нивелировать увеличение стоимости коагулянта за счет введения в его состав дополнительного количества продуктов гидролиза соединений титана. Помимо этого, эффективная доза КК была примерно на 10 % ниже, чем при использовании чистых соединений железа и алюминия. Остаточное содержание соединений титана в очищенной воде удовлетворяло требованиям норматива (ПДК 0,1 мг/л).
В процессе экспериментов было отмечено, что при использовании КК скорость фильтрации образующихся осадков значительно превосходила чистые реагенты, что, вероятно, объясняется явлениями поликонденсации продуктов гидролиза соединений титана, а также явлениями зародышеобразования [9].
Для оценки влияния соединений титана на скорость фильтрации была проведена серия дополнительных экспериментов. В образцы сточной воды вносили оптимальные дозировки коагулянтов, а образовавшийся осадок фильтровали через бумажный фильтр «красная лента». В качестве количественного показателя измерялся объем пробы, фильтруемый в течение 60 с. Данные по результатам эксперимента представлены на графике (рис. 2).
Рис. 2. Скорость фильтрации полученных осадков: 1 — сульфат алюминия; 2 — сульфат железа (III);
3 — сульфат алюминия + ПГСТ; 4 — сульфат железа (III) + ПГСТ Fig. 2. Filtering rate of obtained precipitations: 1 — aluminum sulphate; 2 — ferric (III) sulfate; 3 — aluminum sulphate + ПГСТ;
4 — iron (III) sulfate + ПГСТ
Из рисунка 2 видно, что добавка продуктов гидролиза соединений титана в образцы традиционных реагентов позволяют интенсифицировать процесс фильтрации осадка на 15-25 %. Данное явление обусловлено образованием легких, объемных осадков, хорошо отдающих влагу, при этом имеющих достаточно большой размер, не позволяющий частицам осадка забивать поры фильтрующего материала.
На заключительном этапе образцы КК были апробированы на сточной воде снегоплавильного пункта Московской области. Исходное содержание взвешенных веществ составляло 179 мг/л, рН - 7,12, а содержание нефтепродуктов — 5,6 мг/л. Содержание нефтепродуктов определяли на ИК-концентратомере Кн-2М с экстракцией на четыреххлористом углероде. Данные по эффективности очистки воды и скорости фильтрации осадков, полученных при оптимальной дозировке реагентов, представлены в таблице.
Эффективность очистки сточных вод снегоплавильного пункта Efficiency of snow melting station wastewater treatment
Реагент Доза коагулянта, мг/л (сумм. окс.) Эффективность очистки, % Скорость фильтрации, мл/мин
взвешенные вещества нефтепродукты
Сульфат алюминия 25,0 98,8 42,1 75
Сульфат железа 25,0 99,1 46,3 62
Сульфат алюминия + ПГСТ 25,0 99,9 65,7 101
Сульфат железа + ПГСТ 25,0 99,9 67,9 107
Из данных таблицы 1 можно сделать вывод, что КК эффективны в процессах очистки сточных вод не только от взвешенных веществ, но и от нефтепродуктов. Повышенная эффективность КК по отношению к нефтепродуктам обусловлена явлениями зародышеобразования (увеличение размера хлопьев), протекающими на поверхности образующихся хлопьев гидроксида титана.
Заключение
На основании полученных данных можно сделать вывод, что использование комплексных коагулянтов может стать эффективной альтернативой традиционным реагентам. Производство КК из крупнотоннажного сырья (сфеновый концентрат) положительно сказывается на стоимости реагента и позволяет решать задачи разработки новых продуктов и повышения качества очистки воды. Повышенная эффективность очистки, а также увеличение скорости фильтрации образующихся осадков делают КК более привлекательными реагентами. Обнаруженные преимущества позволяют значительно снизить капитальные затраты на оборудование, а также увеличить эффективность работы действующего фильтрующего оборудования.
Литература
1. Гетманцев С. В., Нечаев И. А., Гандурина Л. В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. М.: АСВ, 2008. 271 с.
2. Бабенков Е. Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Наука, 1997. 347 с.
3. Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Глобус, 2002. 352 с.
4. Веляев Ю. О., Майоров Д. В., Захаров К. В. Исследование и разработка усовершенствованной технологии получения алюмокремниевого коагулянта-флокулянта на основе сернокислотного вскрытия нефелина // Химическая технология. 2011. № 10. С. 614-620.
5. Измайлова Н. Л. Исследование коагулирующей способности композиционных коагулянтов на основе солей титана и алюминия по отношению к компонентам бумажной массы // Тезисы конференции XVII МЭСК — 2012 «Экология России и сопредельных территорий». Т. 1. Новосибирск, 2012. С. 109-110.
6. Кручинина Н. Е., Кузин Е. Н., Азопков С. В. Использование коагулянтов на основе хлоридов титана и кремния в процессах очистки фильтрата полигона твердых коммунальных отходов // Химическая промышленность сегодня. М.: Химпром сегодня, 2017. № 8. С. 36-40.
7. Preparation and characterization of titanium dioxide (ТЮ2) from sludge produced by TiCl4 flocculation with FeCb, Ah(SO^3 and Ca(OH)2 coagulantaids in wastewater / H. Shon et al. // Sep. Sci. Technol. 2009. 44. P. 1525-1543.
8. ГОСТ 3351-74. Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности (с изм. № 1).
9. Шабанова Н. А., Попов В. В., Саркисов П. Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов: учеб. пособие. М.: Академкнига, 2007. 309 с.
Сведения об авторе
Кузин Евгений Николаевич
кандидат технических наук, доцент кафедры промышленной экологии, Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, г. Москва, e. n.kuzin@mail. ru
Kuzin Evgenii Nikolaevich
PhD (Eng.), Associate Professor of Department of Environmental Engineering, D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, e.n.kuzin@mail.ru
